DE4305716C2 - Verwendung einer Schnellfrequenz-Motorspindel zur schneidenden Oberflächenbearbeitung von Elastomeren - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Schnellfre­ quenz-Motorspindel zur schneidenden Oberflächenbearbeitung von Elastomeren ("ELASTOCUT").

Nach dem Stand der Technik werden bisher bei der Metall- und Kunststoffbearbeitung konventionelle Fertigungstechniken und Oberflächenbehandlungstechniken wie Schleifen, Drehen, Band­ schleifen und Fräsen angewendet.

Die DE-OS 25 04 012 beschreibt einen Fräser, insbesondere einen Falz- oder Nutenfräser mit Wendeschneidmesser. Dieser wird zur Holz- oder Kunststoffbearbeitung eingesetzt.

Die DE-OS 27 36 612 beschreibt einen Wendeplattenmesserkopf mit Spannuten am Umfang. Derartige Messerköpfe bzw. Messerwellen werden vorzugsweise bei der Zerspanung von Holz oder Kunststoff eingesetzt.

Die DE-OS 27 09 360 beschreibt eine Vorrichtung zum Hobeln und Zerkleinern von Holz, Kunststoff und sonstigen Materialien, wobei in einen Messerträger Hobelglattmesser oder Kammesser einsetzbar sind, und wobei diese Messer an beiden Längskanten mit Schneiden versehen sind und im Querschnitt die Form eines Parallelogramms aufweisen.

Neben den bekannten Bearbeitungstechniken hat sich in der Metall- und Kunststoffbearbeitung auch der Einsatz von soge­ nannten Schnellfrequenz-Motorspindeln durchgesetzt. Derartige Schnellfrequenz-Motorspindeln sind so gebaut, daß Drehzahlen bis zu 120.000 U/min erreicht werden können. Für diese Schnell­ frequenz-Motorspindeln werden bekannte Hochgeschwindigkeits-Mes­ serköpfe verwendet. So beschreibt die DE-AS 11 90 633 einen Fräskopf für die Holz- und Kunststoffbearbeitung, an dem Siche­ rungselemente vorgesehen sind, um ein Abschleudern der Messer am Fräskopf aufgrund der erhöhten Fliehkraft bei der Rotation des Kopfes zu verhindern. Es wird erwähnt, daß derartige Werk­ zeuge mit Drehzahlen von 600 bis 12.000 U/min umlaufen.

Bisher wurden somit derartige Schnellfrequenz-Motorspindeln mit den Hochgeschwindigkeits-Messerköpfen nur bei sehr harten Werk­ stoffen in der Metall- und Kunststoffbearbeitung eingesetzt. Für weichere Materialien wurden Schnellfrequenz-Motorspindeln mit Hochgeschwindigkeits-Messerköpfen bisher nicht eingesetzt, da bei weicheren Materialien davon ausgegangen wurde, daß die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit bei dieser Art der Bearbeitung nicht erfüllt würden. Dies gilt insbesondere für Beschichtungen rotationssymmetrischer Körper.

In der Elastomerbearbeitung kennt man neben den oben aufgeführ­ ten Fertigungstechniken noch Rubber-Hog und Schälen.

Die bisherigen Techniken des Standes der Technik der Elastomer­ bearbeitung haben den Nachteil, daß eine hohe Wärmeentwicklung auftritt. Weiterhin kann der sogenannte Trompeteneffekt auftre­ ten. Darunter versteht man eine Unregelmäßigkeit der Symmetrie des Werkstücks am Ende der zu bearbeitenden Flächen. Weiterhin können Schwingungslinien (sogenannte Rattermarken) auftreten. Eine kontrollierte Spanabführung ist bei den bisherigen Ver­ fahren nicht möglich, da das abgetragene Material zwischen Schleifscheibe und Werkstück gerät und damit eine Schleifkom­ mabildung auf der zu bearbeitenden Oberfläche auftreten kann.

Die Erfindung hat sich somit die Aufgabe gestellt, die Oberflä­ chenbearbeitung von Elastomeren dahingehend zu verbessern, daß die vorstehenden Nachteile vermieden werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung einer Schnellfre­ quenz-Motorspindel mit einem Hochgeschwindigkeits-Messerkopf, der mit einer Drehzahl von 5.000 bis 120.000 U/min um seine Längsachse rotiert, zur schneidenden Oberflächenbearbeitung von Elastomeren mit einer Shore Härte von 10 Shore A bis 100 Shore D, die sich auf der äußeren Schicht eines rotationssymmetrischen Körpers befinden.

Die Bearbeitung der rotationssymmetrischen Körper erfolgt mit axial oder radial montierter Schnellfrequenz-Motorspindel mit einem Hochgeschwindigkeits-Messerkopf auf dem Support von Werkzeugmaschinen. Die Antriebe des Werkstücks und des Supports (Rotation, Vorschub und Anstellung) erfolgen über die Werkzeug­ maschine. Lediglich der Antrieb für die schneidende Zerspanung der Elastomere erfolgt über die Schnellfrequenz-Motorspindel mit dem schnell rotierenden Hochgeschwindigkeits-Messerkopf.

Im Unterschied zum Stand der Technik wurde nämlich festgestellt, daß sich Elastomere mit ihren vernetzten Molekülketten mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit des Messerkopfes wie Festkörper verhalten. Bei dem Verfahren kommt es weder zu einem Verdrücken noch zu einem Nachgeben der relativ weichen Elasto­ mere. Erfindungsgemäß ist es möglich, eine genau definierbare und reproduzierbare Geometrie und Oberflächenrauhigkeit zu erhalten.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Entstehung von sehr geringen Spangrößen, die bei herkömmlichen Verfahren zur Schleifkommabil­ dung durch Einziehen des abgetragenen Materials zwischen Schleifscheiben und Werkstücke führen können.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung sind die bei der Bearbei­ tung entstehenden Späne pulverförmig. Es treten daher auch kaum Zerspanungskräfte auf. Hierdurch ist auch die Wärmeentwicklung sehr gering und eine thermische Ausdehnung ist gegenüber den bekannten Zerspanungstechniken nicht feststellbar.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung liegt in der zentralen Spanabsaugung. Bei herkömmlichen oberflächenbear­ beitungsverfahren bildet sich abgetragenes Material, das zwi­ schen Schleifscheibe und Werkstoff bzw. Werkstück zu Komplika­ tionen, wie Schleifkommabildung an der zu bearbeitenden Oberflä­ che führt. Erfindungsgemäß wird durch die hohe Drehzahl des Hochgeschwindigkeits-Messerkopfes ein großer Luftvolumenstrom erzeugt, der die Späne über den Messerkopf hinweg ansaugt und zentral an eine Spanabsaugungsvorrichtung abführt. Diese besteht aus dem Spiralgehäuse und dem Laufrad, die an dem Werkzeug auf der Schnellfrequenz-Motorspindel montiert sind. Somit wird eine Behinderung der Bearbeitung durch entstehende Späne durch eine kontrollierte Spanabführung verhindert.

Die Qualität der so produzierten Oberfläche ist erheblich besser als bei den bisherigen Techniken der Oberflächenbearbeitung von Elastomeren mit einer Shore Härte von 10 Shore A bis 100 Shore D. Die geforderte Oberflächenstruktur kann über die Parameter­ form des Schneidwerkzeuges (Freiwinkel, Keilwinkel, Spanwinkel), Drehzahl der Spindel für das Werkzeug, Drehzahl der Spindel für das Werkstück, Geschwindigkeit des Vorschubs und die Anzahl der Wendeplatten (Messer) am Messerkopf gesteuert werden.

Bei den so hergestellten Oberflächen treten die Nachteile des Standes der Technik nicht auf. Die Wärmeentwicklung bei der erfindungsgemäßen Oberflächenbearbeitung ist sehr gering. Man erhält eine bessere Geometrie und eine bessere Maßeinhaltung der Oberfläche. Der Trompeteneffekt wird vermieden. Vorschub­ markierungen in radialer Richtung (Druckrichtung) treten eben­ sowenig auf wie Schwingungslinien (Rattermarken) . Es kommt auch nicht zu Rißbildungen beim Bearbeiten. Zusammen mit der erfin­ dungsgemäßen Verwendung lassen sich alle gängigen Oberflächen­ bearbeitungen wie Nuten, Bohren, Profilierungen jeder Art, Stirn- und Mantelflächenbearbeitungen ausführen.

Weiterhin hat die Verwendung der Schnellfrequenz-Motorspindel den Vorteil, daß Bearbeitungs- und Umrüstzeiten erheblich redu­ ziert werden können. So können Arbeitsschritte, die nach heuti­ gem Stand der Technik auf verschiedenen Anlagen und Maschinen verfahrensbedingt erfolgen müssen, auf einer Maschine zusammen­ gefaßt werden.

Durch die zentrale kontrollierte Spanabführung ist keine Ober­ flächenreinigung nach dem Arbeitsschritt Oberflächenbearbeitung notwendig. Arbeitsschritte wie Längenschneiden, Planschneiden, Vorschruppen, Vorschleifen, Fertigschleifen, Polieren und Maschinenwechsel bei Längenbearbeitung, Vor- und Endbearbeitung können daher zu Arbeitsschritten auf einer Maschine zusammen­ gefaßt werden. Dadurch und durch die höhere Schneidleistung der Hochfrequenz-Messerköpfe werden die Bearbeitungszeiten von Oberflächen erheblich reduziert.

Die erfindungsgemäße Verwendung gestattet ein einfaches Umrüsten aller Werkzeugmaschinen auf bereits vorhandenen Anlagen. Auch eine etwaige vorhandene Absauganlage kann weiterhin genutzt werden, da die zentrale Staubabsaugung hieran angeschlossen werden kann.

Bei dem Verfahren fallen wiederaufarbeitbare Abfallstoffe mit annähernd gleicher Partikelgröße in Pulverform an, die während der schneidenden Zerspanung nicht mit flüssigen Medien gekühlt werden müssen und sich wegen der geringen Wärmeentwicklung nicht entzünden können. Diese werden über die oben beschriebene Ab­ saugvorrichtung vom Werkstück weggeführt. Damit wird auf ein­ fache Weise eine Rauch- und Staubentwicklung vermieden ohne weitere aufwendige Zündschutzmaßnahmen.

Hieraus ergeben sich wesentliche Vorteile bei der Wiederver­ wertbarkeit des Abfalls, da keine Veränderung des Materials durch Wärmeentwicklung oder durch Kühlmittel eintritt.

Erfindungsgemäß oberflächenbehandelte Walzen verfügen im wesent­ lichen aufgrund der verbesserten Geometrie und Oberflächenstruk­ tur über eine gleichbleibende, dosierte Medienabgabe. Diese vorteilhaften Eigenschaften kommen bei der Anwendung z. B. bei Druckwalzen zum Tragen.

Die erfindungsgemäße Verwendung kann weiterhin integrativer Bestandteil eines Bearbeitungszentrums sein mit den weiteren Funktionen automatischer Werkzeugwechsel, automatischer Werk­ stückwechsel, CNC-Steuerung, Schnittstelle für Betriebsdaten­ erfassung.

Claims (1)

1. Verwendung einer Schnellfrequenz-Motorspindel mit einem Hochgeschwindigkeits-Messerkopf, der mit einer Drehzahl von 5.000 bis 120.000 U/min um seine Längsachse rotiert, zur schneidenden Oberflächenbearbeitung von Elastomeren mit einer Shore Härte von 10 Shore A bis 100 Shore D, die sich auf der äußeren Schicht eines rotationssymmetrischen Körpers befinden.